Beugung und Interferenz von elektromagnetischen Wellen (Mikrowellen): Unterschied zwischen den Versionen

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Ein Mikrowellensender sendet elektromagnetischen Wellen im Zentimeterbereich aus. Die Welle ist mit einem hörbaren Ton (ca. 100Hz) amplitudenmoduliert.<ref>Vergleiche die [[Grundbegriffe_und_Beispiele_zu_elektromagnetischen_Wellen#Radioempfang|Funktionsweise eines Mittelwelllen-Radio-Senders]].</ref>
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Ein Mikrowellensender sendet elektromagnetische Wellen im Zentimeterbereich aus. Die Welle ist mit einem hörbaren Ton (ca. 100Hz) amplitudenmoduliert.<ref>Vergleiche die [[Grundbegriffe_und_Beispiele_zu_elektromagnetischen_Wellen#Radioempfang|Funktionsweise eines Mittelwelllen-Radio-Senders]].</ref>
  
 
In die em-Welle werden drei Aluminiumplatten gestellt, so dass zwei Lücken entstehen.
 
In die em-Welle werden drei Aluminiumplatten gestellt, so dass zwei Lücken entstehen.
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Hinter den drei Aluplatten findet man "laute" und "leise" Stellen, das heißt Orte mit großer und kleiner Amplitude.<ref>
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In diesem Fall untersucht man die Amplitude des elektrischen Feldes der em_Welle, weil die Antenne des elektrischen Feldes, weil die Stabantenne nur mit dem elektrischen Feld koppelt.</ref> Die "lauten" Stellen sind hier rot, die "leisen" Stellen grün gekennzeichnet:
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Trifft sie auf ein Hindernis, so kann sie in den Schattenbereich eindringen, was man Beugung nennt. Von jeder Lücke gehen daher zwei Kreiswellen aus.
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Diese zwei Wellen überlagern sich, sie "interferieren". Je nach Gangunterschied der beiden Wellen ist die Interferenz konstruktiv oder destruktiv.
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Bei einer konstruktiven Interferenz beträgt der Gangunterschied ein Vielfaches der Wellenlänge, wodurch die schwingenden Felder in Phase sind. Es trifft "Berg auf Berg" und "Tal auf Tal".
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Aus den Messungen kann man schließen, dass die Wellenlänge ca. 3cm beträgt.
  
 
===Stehende Welle===
 
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Version vom 1. Dezember 2022, 13:03 Uhr

(Kursstufe > Elektromagnetische Schwingungen und Wellen)


Doppelspalt

Aufbau

Ein Mikrowellensender sendet elektromagnetische Wellen im Zentimeterbereich aus. Die Welle ist mit einem hörbaren Ton (ca. 100Hz) amplitudenmoduliert.[1]

In die em-Welle werden drei Aluminiumplatten gestellt, so dass zwei Lücken entstehen.

Hinter den Lücken untersucht man die em-Welle mit einer Antenne. Das Signal der Antenne wird an einen Verstärker weitergeleitet, der das aufmodulierte Tonsignal an einen Lautsprecher weitergibt.

Versuchsaufbau
Die Empfangsantenne


(Zur Datei und zum Programm)

Beobachtung und Messung

Hinter den drei Aluplatten findet man "laute" und "leise" Stellen, das heißt Orte mit großer und kleiner Amplitude.[2] Die "lauten" Stellen sind hier rot, die "leisen" Stellen grün gekennzeichnet:

Ergebnis

Die elektro-magnetische Welle verhält sich genauso wie eine mechanische Welle am Doppelspalt.

Trifft sie auf ein Hindernis, so kann sie in den Schattenbereich eindringen, was man Beugung nennt. Von jeder Lücke gehen daher zwei Kreiswellen aus.

Diese zwei Wellen überlagern sich, sie "interferieren". Je nach Gangunterschied der beiden Wellen ist die Interferenz konstruktiv oder destruktiv.

Bei einer konstruktiven Interferenz beträgt der Gangunterschied ein Vielfaches der Wellenlänge, wodurch die schwingenden Felder in Phase sind. Es trifft "Berg auf Berg" und "Tal auf Tal".

Bei einer destruktiven Interferenz beträgt der Gangunterschied ein Vielfaches der Wellenlänge plus eine halbe Wellenlänge, wodurch die Schwingungen gerade um [math]\pi[/math] oder 180° verschoben sind. Es trifft immer "Berg auf Tal" oder "Tal auf Berg".

Aus den Messungen kann man schließen, dass die Wellenlänge ca. 3cm beträgt.

Stehende Welle

  • Abstand zwischen den Knoten: [math]\lambda/2[/math]
  • Reflexion an der Metallplatte ergibt einen Knoten des H- und des B-Feldes. Das entspricht der Reflexion einer mechanischen Welle am festen Ende. (Video) Bei der Reflexion muss es also einen Phasensprung von [math]\pi[/math] geben. Wieso?

Fußnoten

  1. Vergleiche die Funktionsweise eines Mittelwelllen-Radio-Senders.
  2. In diesem Fall untersucht man die Amplitude des elektrischen Feldes der em_Welle, weil die Antenne des elektrischen Feldes, weil die Stabantenne nur mit dem elektrischen Feld koppelt.